第四章糖类的结构与功能

第四章糖类的结构与功能第1页，共63页，2023年，2月20日，星期二主要内容主要介绍糖类的概念、分类以及单糖、二糖和多糖的化学结构、性质、功能。第2页，共63页，2023年，2月20日，星期二一、糖类的概念与分类糖是自然界分布广泛，数量最多的有机化合物。几乎所有的动物、植物和微生物体内都含有糖类。糖也称碳水化合物（carbohydrate），用Cm(H2O)n表示。碳水化合物这个名称并不确切。糖是多羟醛或多羟酮及其缩聚物和某些衍生物的总称。

第3页，共63页，2023年，2月20日，星期二糖类的主要生物学作用是生物体主要的能量来源（糖酵解）。可转变为生命所必需的其它物质，如脂类、蛋白质等。可作为生物体的结构物质，如纤维素。是细胞识别和信号传递的重要参与者。第4页，共63页，2023年，2月20日，星期二分类1.按组成：单糖（monosaccharide）、寡糖（oligosaccharide）、多糖（polysaccharide）。单糖（monosaccharide）：是多羟醛或多羟酮（1）碳原子数目：丙糖、丁糖、戊糖、已糖、庚糖等。（2）醛糖、酮糖：如葡萄糖、果糖。

第5页，共63页，2023年，2月20日，星期二寡糖（oligosaccharide）：又称低聚糖，由2～10分子单糖结合而成。可分为二糖、三糖、四糖、五糖等。多糖（polysaccharide）：由多分子单糖或单糖的衍生物聚合而成。（1）同多糖（homopolysaccharide）：由同一种单糖聚合而成，如淀粉、糖原、纤维素等。（2）杂多糖（heteropolysaccharide）：由不同种单糖或单糖的衍生物聚合而成，如透明质酸等。

糖复合物：糖与非糖物质构成的复合物第6页，共63页，2023年，2月20日，星期二二、单糖的构型、结构、构象（一）单糖的构型单糖是多羟基醛或酮。可根据C原子的数目或羰基的类型进行分类。最简单的单糖是甘油醛和二羟丙酮。第7页，共63页，2023年，2月20日，星期二D-、L-构型距醛基最远的不对称C上的羟基在左边的为L-型糖，在右边的为D-型糖。第8页，共63页，2023年，2月20日，星期二单糖的构型（configuration）：D型和L型以甘油醛作标准

第9页，共63页，2023年，2月20日，星期二旋光异构旋光性：使平面偏振光的偏振面发生旋转的性质。旋光度：任何一种具有旋光性的物质在一定条件下均可使偏振光的偏振面旋转一定角度称为旋光度。它是一个物理常数。第10页，共63页，2023年，2月20日，星期二为比旋光度,是指在1g/ml的溶液中,旋光管为1dm时的旋光度。a为旋光度，c为溶质浓度（g/ml），l为旋光管长（dm），λ为入射波长，t为温度。第11页，共63页，2023年，2月20日，星期二变旋现象（mutarotation）一个有旋光性的溶液放置后，其比旋光度改变的现象称为变旋。变旋的原因：α-Glc→链式Glc→

β-Glc（旋光异构体间的相互转化）。第12页，共63页，2023年，2月20日，星期二第13页，共63页，2023年，2月20日，星期二Howmanystereoisomers(立体异构体）doesanaldohexose（己醛糖）contain?第14页，共63页，2023年，2月20日，星期二（二）单糖的结构自然界中戊糖和已糖有两种不同的结构：多羟基醛的开链形式和半缩醛形式。葡萄糖多以吡喃环结构存在（1-5缩合），而戊糖多以呋喃环形式存在（1-4缩合）。第15页，共63页，2023年，2月20日，星期二+第16页，共63页，2023年，2月20日，星期二半缩醛羟基：羰基碳原子上的羟基异头碳：连接半缩醛羟基的碳原子；异头物：因异头碳上羟基连接的位置不同形成的不同异构体第17页，共63页，2023年，2月20日，星期二链状环状互变

α-D-吡喃葡萄糖（37％）醛式（链式）葡萄糖β-D-吡喃葡萄糖(63%)α-D-呋喃葡萄糖β-D-呋喃葡萄糖第18页，共63页，2023年，2月20日，星期二b-D-glucopyranose

sterichindrance(predominatedform)（三）单糖的构象

与环己烷类似，有船式构象和椅式构象椅式构象使扭张强度降到最低一个分子处在自由稳定状态时要求他的每个碳原子尽可能保持的四面体形状，也就是分子尽可能保持正常键角，尽可能的减少基团间空间排斥，以降低内能第19页，共63页，2023年，2月20日，星期二环己烷构象第20页，共63页，2023年，2月20日，星期二α-型吡喃葡萄的半缩醛羟基是直立键，而β-型吡喃葡萄的半缩醛羟基是平伏键，所以β-构型更为稳定。与环的对称轴大致垂直的键第21页，共63页，2023年，2月20日，星期二三、自然界存在的重要单糖

及其衍生物自然界中存在的单糖数目要低于其光学异构体的理论数目。常见的单糖有醛糖、酮糖、脱氧糖、分枝糖、氨基糖等。重要衍生物有糖醇、糖醛酸、氨基糖及糖苷、糖酯。第22页，共63页，2023年，2月20日，星期二重要的单糖第23页，共63页，2023年，2月20日，星期二糖醇：较稳定，有甜味。如甘露醇、山梨醇。糖醛酸：由单糖的伯醇基氧化而得到，如葡萄糖醛酸、半乳糖醛酸。氨基糖：糖中的羟基为氨基所取代。糖苷：单糖的半缩醛上羟基与非糖物质的羟基形成的缩醛结构。第24页，共63页，2023年，2月20日，星期二四、寡糖（oligosaccharide）寡糖是少数单糖（2-10个）缩合的聚合物。自然界中最常见的寡糖是双糖（disaccharide）。重要的双糖有麦芽糖、蔗糖、乳糖等。第25页，共63页，2023年，2月20日，星期二麦芽糖（maltose）麦芽糖是由2分子D-葡萄糖通过α-1，4糖苷键连接而成。第26页，共63页，2023年，2月20日，星期二第27页，共63页，2023年，2月20日，星期二蔗糖（Sucrose）的结构第28页，共63页，2023年，2月20日，星期二乳糖（lactose）

乳糖由1分子D-半乳糖和1分子D-葡萄糖通过β-1，4糖苷键连接而成。第29页，共63页，2023年，2月20日，星期二糖的甜度（sweetness）

糖

甜度

糖

甜度果糖转化糖蔗糖葡萄糖木糖173.313010074.340鼠李糖麦芽糖半乳糖棉子糖乳糖32.532.532.122.616.1第30页，共63页，2023年，2月20日，星期二二糖总结

SucroseMaltoseLactose组成（均为D型）苷键旋光变旋还原性成脎1Glc,1Fruα,β-1,2+---2Glcα-1,4++++1Glc,1Galβ-1,4++++第31页，共63页，2023年，2月20日，星期二五、多糖（polysaccharide

）多糖是由多个单糖基以糖苷键相连而形成的高聚物。多糖完全水解时，糖苷键断裂而形成单糖。多糖的功能：纤维素、淀粉、糖原、甲壳素、植物粘液、树胶、果胶等。第32页，共63页，2023年，2月20日，星期二性质分子量大，没有还原性和变旋现象，无甜味，大多不溶于水，可形成胶体溶液。多糖的结构主要由单糖组成、糖苷键类型以及单糖的排列顺序决定。同多糖、杂多糖。第33页，共63页，2023年，2月20日，星期二Polysaccharides(glycans)

分子量高达2x107D

葡萄糖的储存形式淀粉(植物)amylose(un-branched)amylopection(branched)

糖原(动物)

结构功能纤维素(eg.cotton)

甲壳素(Arthropods)

粘多糖(animals)第34页，共63页，2023年，2月20日，星期二Differencesbetweenhomopolysaccharidesandheteropolysaccharides第35页，共63页，2023年，2月20日，星期二六、多糖的代表物简要介绍（一）淀粉与糖原1.淀粉存在于植物种子与根茎中，是贮存多糖。天然淀粉由直链淀粉（内层，15-25%）和支链淀粉（外层，75-85%）组成。第36页，共63页，2023年，2月20日，星期二Nonreducingend（NRE）Reducingend（RE）直链淀粉（amylose）

第37页，共63页，2023年，2月20日，星期二直链淀粉的空间结构－封闭型螺旋线

由D-Glc通过α-（1,4）糖苷键连接的多糖链，空间构象是卷曲成螺旋形的，每一回转有6个Glc残基水溶性较差。第38页，共63页，2023年，2月20日，星期二支链淀粉（amylopectin）第39页，共63页，2023年，2月20日，星期二直链淀粉的空间结构第40页，共63页，2023年，2月20日，星期二淀粉粒中的直链和支链淀粉支链淀粉形成双螺旋结构与支链或直链淀粉形成淀粉粒

非还原端的葡萄糖残基在能量动员的过程中被酶水解。第41页，共63页，2023年，2月20日，星期二淀粉水解用酶或酸水解淀粉→红糊精→无色糊精→麦芽糖→葡萄糖第42页，共63页，2023年，2月20日，星期二淀粉与碘的反应直链淀粉呈蓝色，支链淀粉呈紫红色，颜色跟糖苷键长度有关。第43页，共63页，2023年，2月20日，星期二2.糖原（glycogen）结构与淀粉相似又称动物淀粉，存于动物的肌肉和肝脏中。第44页，共63页，2023年，2月20日，星期二与支链淀粉的不同在于糖原分子分支多、链短结构紧密。

第45页，共63页，2023年，2月20日，星期二（二）纤维素和半纤维素1.纤维素（Cellulose）自然界中最丰富的有机化合物。植物中含量很高，是植物细胞壁的主要组成成分。是由D-吡喃葡萄糖通过β-(1,4)糖苷键连接而成的没有分支的同多糖。第46页，共63页，2023年，2月20日，星期二第47页，共63页，2023年，2月20日，星期二第48页，共63页，2023年，2月20日，星期二2.半纤维素存在于植物的木质化部位，如秸秆、种皮、坚果壳、玉米穗轴等，含量各异。半纤维素是植物细胞壁中除纤维素以外其他多糖的总称。构成半纤维素的单糖主要有、葡萄糖、果糖、甘露糖、半乳糖、阿拉伯糖、木糖、鼠李糖及糖醛酸等。第49页，共63页，2023年，2月20日，星期二（三）壳多糖（几丁质，Chitin）Chitin

由N-乙酰-D-氨基葡萄糖以β-(1,4)糖苷键缩合成的同多糖。第50页，共63页，2023年，2月20日，星期二（四）葡聚糖D-葡萄糖以α-（1,6）糖苷键缩合为主链骨架，以α-（1,3）糖苷键α-（1,4）糖苷键构成支链。葡聚糖凝胶可以制成分子筛，用于柱层析。（五）糖胺聚糖是一种酸性杂多糖，有较大粘性，也称粘多糖。第51页，共63页，2023年，2月20日，星期二透明质酸（hyaluronicacid）

第52页，共63页，2023年，2月20日，星期二硫酸软骨素（动物结缔组织）第53页，共63页，2023年，2月20日，星期二肝素（heparin）

第54页，共63页，2023年，2月20日，星期二七、糖复合物是糖类的还原端和其他非糖组分以共价键结合形成的产物，主要有糖蛋白、蛋白多糖、糖脂和脂多糖。第55页，共63页，2023年，2月20日，星期二（一）糖蛋白与蛋白多糖糖蛋白（glycoprotein）：以蛋白质为主，糖作为辅基，如卵清蛋白（含糖基1％）。蛋白多糖：以多糖为主，蛋白或肽类所占比例较少，如粘蛋白（含糖基80％）。第56页，共63页，2023年，2月20日，星期二糖蛋白中糖链与